Experimental study of the zonal-flow dynamics in the magnetised plasmas of the stellarator experiment TJ-K

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The confinement quality of plasmas in toroidal magnetic fields is mainly limited by the turbulent transport perpendicular to the magnetic field. Zonal flows play an important role in fusion research as they are thought to be connected to the formation of a transport barrier in the edge of the confined plasma. This work concentrates on the investigation of the Reynolds stress drive of zonal flows with its connection to the geometry of the confining magnetic field and the influence of the collisionality. The measurements for this work have been conducted at the stellarator experiment TJ-K in plasmas dimensionally similar to fusion edge plasmas. The low temperatures allow the use of Langmuir probes in the entire confinement region. With a poloidal probe array, consisting of 128 Langmuir probes with 32 probes on each of four neighbouring magnetic flux surfaces, density and potential fluctuations can be acquired with high spatial and temporal resolution on the complete poloidal circumference.

Die Einschlussqualität von Plasmen in toroidalen Magnetfeldern wird maßgeblich durch den turbulenten Transport senkrecht zum Magnetfeld limitiert. Zonalströmungen sind dabei für die Fusionsforschung von großer Bedeutung, da vermutet wird, dass sie mit der Bildung von Transportbarrieren in Zusammenhang stehen. Diese Arbeit beschäftigt sich vorwiegend mit der Untersuchung des Antriebsmechanismus von Zonalströmungen, im Speziellen mit der Abhängigkeit von der Magnetfeldgeometrie und dem Einfluss der Kollisionalität. Dazu wurden Messungen am Stellarator-Experiment TJ-K durchgeführt, in Plasmen, die dimensional ähnlich zu Randplasmen von Fusionsexperimenten sind. Die relativ geringen Plasmatemperaturen erlauben den Einsatz von Langmuir-Sonden im gesamten Einschlussgebiet. Mit einem poloidalen Sonden Array, bestehend aus 128 Sonden mit je 32 Sonden auf vier benachbarten Flussflächen, können Dichte- und Potentialfluktuationen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung gleichzeitig über den gesamten poloidalen Umfang aufgenommen werden.